EP0579922B1 - Data transmission device for a local area network - Google Patents
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- EP0579922B1 EP0579922B1 EP19930108149 EP93108149A EP0579922B1 EP 0579922 B1 EP0579922 B1 EP 0579922B1 EP 19930108149 EP19930108149 EP 19930108149 EP 93108149 A EP93108149 A EP 93108149A EP 0579922 B1 EP0579922 B1 EP 0579922B1
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- H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
- H04L25/4917—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using multilevel codes
- H04L25/4923—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using multilevel codes using ternary codes
- H04L25/4925—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using multilevel codes using ternary codes using balanced bipolar ternary codes
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Datenübertragungsanordnung
für ein lokales Datennetzwerk der im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Art.The invention relates to a data transmission arrangement
for a local data network which in the preamble of the
Solche Datenübertragungsanordnungen werden vorteilhaft in einem lokalen Datennetzwerk verwendet, welches mit einem asynchronen Datenübertragungsprotokoll arbeitet, das aus einzelnen UART-Zeichen (bitserieller Character) aufgebaut ist.Such data transmission arrangements are advantageous in a local data network, which is connected to a asynchronous data transfer protocol that works out individual UART characters (bit serial character) is constructed.
Es ist allgemein bekannt, zur Übertragung von binären Signalen die AMI-Codierung (alternate mark inversion) anzuwenden.It is generally known for the transmission of binary signals apply the AMI coding (alternate mark inversion).
Es ist eine AMI-Codiereinrichtung bekannt (DE 37 35 395 C2), bei der eine arithmetische Einheit zur Codierung verwendet wird. An AMI coding device is known (DE 37 35 395 C2), where an arithmetic unit is used for coding becomes.
Im weiteren ist eine serielle Sende- und Empfangseinheit
bekannt (GB 22 38 931 A), welche zur Koppelung eines Netzwerk-Knotens
an ein Übertragungskabel eines Datennetzwerkes einen
Transformator mit einem Mittelabgriff verwendet. Dies zeigt
auch eine Terminal-Einheit (EP-A-0 316 536), welche zur
Kopplung einer Sende- und Empfangseinheit an ein
Übertragungskabel einen Transformator mit einem Mittelabgriff
verwendet. Darüber hinaus weist diese Terminal-Einheit eine
Empfangs- und eine Transmissionseinheit auf, die die
empfangenen bzw. zu sendenden Signale umwandeln und vom bzw.
in das Datennetzwerk lesen bzw. schreiben.There is also a serial transmitter and receiver unit
known (
Aus der FR-A-2 567 702 ist für die Ansteuerung des für die Koppelung zuständigen Transformators eine Konstantstromquelle mit zwei symmetrischen Stromspiegeln bekannt.From FR-A-2 567 702 is for the control of the for Coupling the relevant transformer a constant current source known with two symmetrical current mirrors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein lokales Datennetzwerk mit einer veränderbaren baumförmigen Topologie eine zuverlässige Datenübertragungsanordnung zu schaffen, welche den Bau einer kostengünstigen Netz-Treiber-Einheit für einen Netzwerk-Knoten ermöglicht.The invention is based, for a local task Data network with a changeable tree-shaped topology to create a reliable data transmission arrangement, which is the construction of an inexpensive network driver unit for enables a network node.
Die Erfindung besteht in den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen.The invention consists in the specified in
Es zeigen:
- Fig. 1
- Teile eines Netzwerk-Knotens mit einer Netz-Treiber-Einheit für ein Übertragungsmedium,
- Fig. 2
- ein Datennetzwerk mit mehreren Netzwerk-Knoten und einem Netzwerk-Abschluß,
- Fig. 3
- ein Schaltbild der Netz-Treiber-Einheit,
- Fig. 4
- die Sprungantwort eines Signals in einem Kabelstrang des Datennetzwerkes,
- Fig. 5
- den prinzipiellen Verlauf von Signalen der Netz-Treiber-Einheit nach der Fig. 3 bei der Decodierung und
- Fig. 6
- den Verlauf der Signale bei der Codierung.
- Fig. 1
- Parts of a network node with a network driver unit for a transmission medium,
- Fig. 2
- a data network with several network nodes and a network termination,
- Fig. 3
- a circuit diagram of the network driver unit,
- Fig. 4
- the step response of a signal in a cable harness of the data network,
- Fig. 5
- the basic course of signals of the network driver unit according to FIG. 3 in the decoding and
- Fig. 6
- the course of the signals during coding.
In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Netz-Treiber-Einheit, in welcher
ein Codegenerator 2, eine Decodiereinheit 3 und ein Koppelungsglied
4 für ein Übertragungsmedium 5 angeordnet sind. Die Netz-Treiber-Einheit
1 und eine serielle Sende/Empfangs-Einheit 6
sind Teile eines Netzwerk-Knotens 7.In Fig. 1, 1 means a network driver unit in which
a
Die Sende/Empfangs-Einheit 6 weist einen Ausgang 8 für bitserielle
Daten TxD und einen Eingang 9 für bitserielle Daten RxD
auf und ist mit Vorteil eine serielle Kommunikationseinheit
(serial communication interface SCI) eines Mikrocomputers oder
ein UART (universal asynchronous receiver/transmitter).The transmit / receive unit 6 has an
Der Codegenerator 2 weist eine Codiereinheit 10 und eine mit der
Codiereinheit 10 verbundene Konstantstromstufe 11 mit einem
ersten Ausgangspol 12 für einen Strom i und einem zweiten
Ausgangspol 13 für den Strom i auf. Ein Eingang 14 der Codiereinheit
10 ist mit dem Ausgang 8 der Sende/Empfangs-Einheit 6
verbunden.The
Die Decodiereinheit 3 verfügt über einen mit dem Eingang 9 der
Sende/Empfangs-Einheit verbundenen Ausgang 15 sowie über zwei
Eingangspole 16 bzw. 17, von denen ein erster Eingangspol 16 mit
dem ersten Ausgangspol 12 der Konstantstromstufe 11 und einem
ersten Eingangspol 18 des Koppelungsgliedes 4 verbunden ist,
während der zweite Eingangspol 17 an den zweiten Ausgangspol 13
der Konstantstromstufe 11 sowie an einen zweiten Eingangspol 19
des Koppelungsgliedes 4 angeschlossen ist. The
Das Übertragungsmedium 5 besteht aus mindestens einem Kabelstrang
5.1, welcher mindestens zwei Adern aufweist, von denen
eine erste Ader 20 mit einem ersten Anschlusspol 22 des
Koppelungsgliedes 4 und auch einem ersten Anschluss 23 eines
Netz-Abschlusses 24 und eine zweite Ader 21 mit einem zweiten
Anschlusspol 25 des Koppelungsgliedes 4 sowie einem zweiten
Anschluss 26 des Netz-Abschlusses 24 verbunden ist.The
Der Netz-Abschluss 24 ist vorteilhaft eine aus einem ohmschen
Widerstand 27 und einem Kondensator 28 bestehende Reihenschaltung.
Der Kondensator 28 trennt den Widerstand 27
gleichstrommässig vom Übertragungsmedium 5.The
In der Fig. 2 sind sieben Netzwerk-Knoten 7 eines lokalen
Datennetzwerkes 29 an dem aus einer Anzahl s Kabelsträngen
bestehenden Übertragungsmedium 5 angeschlossen, welches an einem
ersten Kabelstrang 5.1 den Netz-Abschluss 24 aufweist.In Fig. 2, seven
Der Netz-Abschluss 24 ist prinzipiell an einer beliebigen Stelle
des Übertragungsmediums 5 plazierbar.The
Die Anzahl s ist grundsätzlich nicht begrenzt und beträgt im
dargestellten Datennetzwerk 29 vier. An Strangverzweigungen 30
(in der Fig. 2 mit 30.1 bis 30.4 bezeichnet) sind jeweils zwei
Kabelstränge derart miteinander verbunden, dass die Topologie
des Datennetzwerkes 29 prinzipiell baumförmig ist, wobei der
Baum grundsätzlich beliebig verzweigt und dadurch entartet sein
darf.The number s is generally not limited and is in
Je eine Ader 20 bzw. 21 des ersten Kabelstranges 5.1 ist an
einer ersten Strangverzweigung 30.1 mit je einer Ader 20 bzw. 21
eines zweiten Kabelstranges 5.2 und an einer zweiten Strangverzweigung
30.2 mit je einer Ader 20 bzw. 21 eines dritten
Kabelstranges 5.3 verbunden. Im weiteren ist je eine Ader 20
bzw. 21 des dritten Kabelstranges 5.3 an einer dritten Strangverzweigung
30.3 mit je einer Ader 20 bzw. 21 eines vierten
Kabelstranges 5.4 verbunden. One
Im Datennetzwerk 29 ist das Maximum k der Anzahl angeschlossener
Netzwerk-Knoten 7 grundsätzlich nicht beschränkt. Zugunsten
einer annehmbaren maximalen Antwortzeit für ein Token Passing
Verfahren und auch um einen kleinen Adressbereich zu erlangen,
wird das Maximum k mit Vorteil auf 127 beschränkt. Die Summe der
Längen aller Kabelstränge 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 ist zugunsten eines
weiteren Vorteils, nämlich keine Leitungsverstärker (repeater)
zu verwenden, auf etwa 1000 m beschränkt. Bei Bedarf werden
Datennetzwerke 29 für grössere Ausdehnungen in bekannter Art
über Leitungsverstärker gekoppelt.In the
Eine in der Fig. 3 dargestellte vorteilhafte Ausführung der
Netz-Treiber-Einheit 1 mit dem Koppelungsglied 4 und der
bipolaren Konstantstromstufe 11 weist eine über zwei
Signaleingänge sowie einen ersten Ausgang (31) für ein
Signal Pos und einen zweiten Ausgang (32) für ein Signal Neg
verfügende Komparatorschaltung (33), ein aus einem ODER-Gatter
36 und einem dualen Auf/Abwärts-Zähler 37 aufgebautes
Signal-Filter 38, einen Polaritäts-Detektor 39 mit einem
Ausgang 40 für ein Signal RP, einen aus einer Kippschaltung 41,
einem Exclusiv-ODER-Gatter 42 und einem ersten Frequenzteiler 43
aufgebauten Generatorteil 44 und einen Quarzoszillator 45 mit
einem dem Quarzoszillator 45 nachgeschalteten zweiten Frequenzteiler
46 (prescaler) auf.An advantageous embodiment of the
Der erste Eingangspol 16 ist ein erster Signaleingang der
Komparatorschaltung 33, während der zweite Eingangspol 17 durch
den zweiten Signaleingang der Komparatorschaltung 33
verwirklicht ist.The
Die Komparatorschaltung 33 ist mit ihrem ersten Ausgang 31 mit
einem ersten Eingang 51 des ODER-Gatters 36 und einem ersten
Steuereingang 52 des Polaritäts-Detektors 39 verbunden, während
der zweite Ausgang 32 an einen zweiten Eingang 53 des ODER-Gatters
36 und an einen zweiten Steuereingang 54 des Polaritäts-Detektors
39 angeschlossen ist. The
Ein Steuereingang 55 für ein Steuersignal IN des Auf/Abwärts-Zählers
37 ist mit einem Ausgang 56 des ODER-Gatters 36
verbunden. Der Ausgang 15 der Decodiereinheit 3 (Fig. 1) ist ein
Ausgang des Auf/Abwärts-Zählers 37 und zugleich auch ein Ausgang
des Signalfilters 38. Der Ausgang 40 des Polaritäts-Detektors 39
ist mit einem Dateneingang 57 der Kippschaltung 41 verbunden,
welche mit Vorteil ein an einem Takteingang 58 mit einer
negativen bzw. abfallenden Flanke triggerbares D-Flip-Flop (Data
Latch) mit einem Datenausgang 59 ist, wobei der Dateneingang 57
der D-Eingang des D-Flip-Flops ist. Der Datenausgang 59 für ein
Signal Pol der Kippschaltung 41 ist mit einem ersten Eingang 60
des Exklusiv-ODER-Gatters 42 verbunden, von dem ein zweiter
Eingang 61 mit einem Ausgang 62 für ein Signal TB des ersten
Frequenzteilers 43 verbunden ist.A control input 55 for a control signal IN of the up / down
Die bipolare Konstantstromstufe 11 weist einen ersten mit einem
Ausgang 63 des Exklusiv-ODER-Gatters 42 verbundenen Steuereingang
64 für ein Steuersignal TP und einen zweiten mit dem
Eingang 14 der Netz-Treiber-Einheit 1 verbundenen Steuereingang
65 für die bitseriellen Daten TxD auf. Im weiteren führt
der Eingang 14 auf den Takteingang 58 der Kippschaltung 41 sowie
auf einen Rücksetzeingang 66 des ersten Frequenzteilers 43 und
auf einen Rücksetzeingang 67 des zweiten Frequenzteilers 46.The bipolar constant
Ein für ein vorteilhaft binäres Taktsignal CLK bestimmter
Ausgang 68 des zweiten Frequenzteilers 46 führt auf einen Takteingang
69 des Auf/Abwärtszählers 37, auf einen Takteingang 70
des Polaritäts-Detektors 39 und auf einen Takteingang 71 des
ersten Frequenzteilers 43.One intended for an advantageously binary clock
Das Koppelungsglied 4 weist mit Vorteil einen mit einer ersten
Wicklung 72 und einer zweiten Wicklung 73 versehenen
Transformator 74 und einen Kondensator 75 auf, wobei die beiden
Eingangspole 18 und 19 die Anschlüsse der ersten Wicklung 72
sind und zwischen den beiden Anschlusspolen 22 und 25 eine aus
dem Kondensator 75 und der zweiten Wicklung 73 bestehende
Reihenschaltung liegt. The
Der Kondensator 75 entkoppelt den Transformator 74 gleichstrommässig
vom Übertragungsmedium 5.The
Die Komparatorschaltung 33 ist vorteilhaft derart ausgelegt,
dass Gleichtaktstörungen (common mode noise), welche im
wesentlichen infolge der Kapazität des Transformators 74
auftreten, wirksam unterdrückt werden.The
Bei Bedarf ist zwischen den beiden Anschlusspolen 22 und 25,
parallel zu der aus dem Kondensator 75 und der zweiten
Wicklung 73 bestehenden Reihenschaltung ein Spannungsbegrenzungsglied
geschaltet.If necessary, between the two
Ein asynchrones Datenübertragungsprotokoll einer höheren Schicht
(upper layer) des Datenübertragungsnetzwerkes 29 ist aus
Protokollzeichen - beispielsweise aus ASCII-Zeichen (american
standard code for information interchange) - aufgebaut, welche
im Netzwerk-Knoten 7 zwischen der Sende/Empfangs-Einheit (6) und
der Netz-Treiber-Einheit (1) in Form der bitseriellen Daten TxD
bzw. RxD ausgetauscht werden.A higher layer asynchronous data transfer protocol
(Upper layer) of the
Die Protokollzeichen der bitseriellen Daten TxD bzw. RxD haben eine konstante Länge, das heisst, eine Anzahl n der Bits pro Protokollzeichen des Datenübertragungsprotokolls ist konstant.The log characters of the bit serial data TxD or RxD have a constant length, that is, a number n of bits per The protocol character of the data transmission protocol is constant.
Im weiteren weist jedes Protokollzeichen der bitseriellen Daten TxD bzw. RxD eine Anzahl n1 Startbits, eine Anzahl n2 eigentlicher Informationsbits, eine Anzahl n3 Prüfbits und eine Anzahl n4 Stoppbits auf.In addition, each protocol character of the bit serial data TxD or RxD has a number n 1 start bits, a number n 2 actual information bits, a number n 3 check bits and a number n 4 stop bits.
Die Anzahl n1 sowie die Anzahl n2, die Anzahl n3 und die Anzahl n4 entspricht mit Vorteil einer bekannten Norm, welche auch eine Reihenfolge der einzelnen Bits der Protokollzeichen festlegt.The number n 1 and the number n 2 , the number n 3 and the number n 4 advantageously correspond to a known standard, which also specifies a sequence of the individual bits of the protocol characters.
Jedes Protokollzeichen der bitseriellen Daten TxD bzw. RxD weist mit Vorteil eine gerade Anzahl Bits mit dem Wert "0" oder dann eine gerade Anzahl Bits mit dem Wert "1" auf, so dass mit einem geringen schaltungstechnischen Aufwand aus einem Protokollzeichen ein Signal generierbar ist, welches über die Dauer des Protokollzeichens gemittelt den Wert null aufweist.Each protocol character of the bit serial data TxD or RxD points advantageously an even number of bits with the value "0" or then an even number of bits with the value "1", so that with a low circuitry outlay from one log character a signal can be generated which over the duration of the Log character averaged has the value zero.
Die n Bits des Protokollzeichens werden im Netzwerk-Knoten 7
zwischen der Netz-Treiber-Einheit (1) und der Sende/Empfangs-Einheit
6 und auch zwischen den Netzwerk-Knoten 7 des Datennetzwerkes
29 mit einer stabilen Bitrate fBit, also innerhalb
des Protokollzeichens bitsynchron übertragen.The n bits of the protocol character are in the
Der in der Fig. 1 gezeigte Codegenerator 2 transformiert jedes
Protokollzeichen der bitseriellen Daten TxD in einen ternären
Code, welcher vorteilhaft als ein in Abschnitten im wesentlichen
konstanter Strom i in den beiden Ausgangspolen 12 und 13
dargestellt ist. Der über die Dauer eines Protokollzeichens
gemittelte Wert des Stromes i beträgt mit Vorteil null.The
Der ternäre Code ist vorteilhaft ein bekannter AMI-Code (Alternate Mark Inversion), wobei ein erster Wert des Codes mit Vorteil als positiver Rechteckimpuls des Stromes i mit einer Impulszeit TBit, ein zweiter Wert als negativer Rechteckimpuls des Stromes i mit der Impulszeit TBit und der dritte Wert mit i=0 dargestellt ist. Der Betrag des Stromes i ist während der Impulszeit TBit mit Vorteil im wesentlichen konstant. Die Impulszeit TBit ergibt sich aus der Bitrate fBit mit der Formel TBit = 1/fBit .The ternary code is advantageously a known AMI code (Alternate Mark Inversion), a first value of the code advantageously being a positive rectangular pulse of the current i with a pulse time T bit , a second value being a negative rectangular pulse of the current i with the pulse time T bit and the third value is shown with i = 0. The amount of current i is advantageously substantially constant during the pulse time T bit . The pulse time T bit results from the bit rate f bit with the formula T bit = 1 / f bit .
Derjenige binäre Wert, welcher im Protokollzeichen stets in gerader Anzahl vorliegt, wird im AMI-Code mit Vorteil als Impuls übermittelt, wobei die Polarität eines nachfolgenden Impulses immer umgekehrt gegenüber seinem vorangehenden Impuls ist.The binary value that is always in an even number is used as an impulse in the AMI code transmitted, the polarity of a subsequent pulse is always reversed from its previous impulse.
Der Strom i fliesst im wesentlichen durch die Eingangspole 18
und 19 des Koppelungsgliedes 4, welches die Impulse des
Stromes i in entsprechende Impulse einer zwischen den beiden
Anschlusspolen 22 und 25 liegenden Spannung u22-25 tansformiert.The current i essentially flows through the
Die Konstantstromstufe 11 bringt gegenüber einer Spannungsstufe
die Vorteile, dass Resonanzerscheinungen eines im wesentlichen
aus der transformierten Kapazität des Übertragungsmediums 5 und
der Streuinduktivität des Transformators 74 gebildeten
Schwingkreises wirksam verhindert werden und dass sich die
Spannung u22-25 am Übertragungsmedium 5 mit zunehmender
Entfernung vom Netz-Abschluss 24 infolge des Leitungswiderstandes
des Übertragungsmediums 5 erhöht.The constant
Eine zwischen den beiden Eingangspolen 18 und 19 wirkende
Eingangsimpedanz des Koppelungsgliedes 4 ist mit Vorteil
mindestens etwa 1000-mal kleiner als die zwischen den Eingangspolen
16 und 17 wirkende Eingangsimpedanz der Decodiereinheit 3.One acting between the two
Die Decodiereinheit 3 wandelt eine dem AMI-codierten Protokollzeichen
entsprechende, zwischen den beiden Eingangspolen 16
und 17 liegende Spannung u18-19 in die bitseriellen Daten RxD
des Protokollzeichens um.The
Mit Vorteil arbeitet die Decodiereinheit 3 gleichzeitig mit dem
Codegenerator 2 und übermittelt dabei der Codiereinheit 10 die
Polarität eines vorher registrierten Impulses der
Spannung u18-19.The
Eine zwischen den beiden Adern 20 und 21 des Übertragungsmediums
5 liegende Wechselspannung wird im Netzwerk-Knoten 7
durch das Koppelungsglied 4 an dessen beide Eingangspole 18
und 19 damit an die Eingangspole 16 und 17 der Decodiereinheit 3
übertragen.One between the two
Das Koppelungsglied 4 erfüllt im wesentlichen vier Aufgaben,
nämlich die Übertragung des vom Codegenerator 2 in Form eines
Stromes i generierten Codes vom Netzwerk-Knoten 7 auf das
Übertragungsmedium 5, die Übertragung eines in Form einer
Spannung u22-25 vorliegenden Codes vom Übertragungsmedium 5 zur
Decodiereinheit 3 des Netzwerk-Knotens, eine Gleichstrom-Entkoppelung
des Netzwerk-Knotens 7 vom Übertragungsmedium und
eine galvanische Trennung des Netzwerk-Knotens 7 vom
Übertragungsmedium 5 und damit eine galvanische Trennung aller
Netzwerk-Knoten 7 des Datennetzwerkes 29.The
Die wesentlichen Parameter des Koppelungsgliedes 4, des
Übertragungsmediums 5 und des Netzabschlusses 24 sind bei der
gewünschten Bitrate fBit in bekannter Art aufeinander
abgestimmt. Dadurch, dass der Codegenerator 2 den Code in Form
des in Abschnitten im wesentlichen konstanten Stromes i
generiert, werden die Resonanzerscheinungen unterdrückt, die
Netztopologie (Fig. 2) des Datennetzwerkes 29 und die Anzahl der
Netzwerk-Knoten 7 im Datennetzwerk 29 sind in den beschriebenen
Grenzen veränderbar und die Spannung u22-25 am Übertragungsmedium
5 auf einen rechteckförmigen Impuls des Stromes i weist
stets eine vorteilhafte Sprungantwort auf.The essential parameters of the
Die Fig. 4 zeigt einen positiven Impuls der Länge TBit des
Stromes i und die vorteilhafte Sprungantwort der Spannung u22-25
auf die positive Flanke des Impulses. Um eine Zeit von höchstens
0.35·TBit verzögert auf die positive Flanke verläuft die
Spannung u22-25 innerhalb eines rechteckigen Fensters 77. Die
Spannung u22-25 weicht im Fenster 77 höchstens 15% von ihrem
Nennwert bei logisch "1" ab. Das Fenster 77 grenzt den
zugesicherten Verlauf der vorteilhaften Sprungantwort ein.4 shows a positive pulse of the length T bit of the current i and the advantageous step response of the voltage u 22-25 to the positive edge of the pulse. Delayed by a time of at most 0.35 · T bit on the positive edge, the voltage u 22-25 runs within a
Im folgenden wird die Funktionsweise der in der Fig. 3
dargestellten vorteilhaften Ausführung der Netz-Treiber-Einheit
1 beschrieben.In the following, the mode of operation of that in FIG. 3
illustrated advantageous embodiment of the
Die Protokollzeichen der bitseriellen Daten TxD bzw. RxD sind
für diese Ausführung gemäss einem in der Norm DIN 19 245
(Process Field Bus, PROFIBus) verwendeten UART-Character
vorausgesetzt, welcher in der aufgezählten Reihenfolge ein
Startbit mit dem Wert "0", acht Informationsbits, ein Prüfbit
und ein Stoppbit mit dem Wert "1" aufweist. Das Prüfbit ist ein
Paritätsbit, welches durch seinen Wert eine Summe der Bits,
deren Wert "1" beträgt, auf einen geraden Wert festlegt, wobei
zur Bildung der Summe die Informationsbits und das Prüfbit des
Protokollzeichens berücksichtigt sind. The log characters of the bit serial data are TxD and RxD
for this version according to one in the
Die Netz-Treiber-Einheit 1 ist nach einfachen Überlegungen für
andere Protokollzeichen anpassbar.The
In der Netz-Treiber-Einheit 1 wird ein AMI-Code codiert bzw.
decodiert, bei dem der Wert "0" des Protokollzeichens als Impuls
dargestellt ist. Das Protokollzeichen weist eine gerade Anzahl
Bits mit dem Wert "0" auf und die bitseriellen Daten TxD bzw.
RxD weisen zwischen zwei Protokollzeichen (also im sogenannten
Idle-Zustand) den Wert "1" auf.An AMI code is encoded in the
Ein prinzipieller Verlauf von Signalen in der Fig. 5 erklärt beispielhaft wesentliche Schritte bei der Decodierung des AMI-Codes der Spannung u18-19.A basic course of signals in FIG. 5 explains, by way of example, essential steps in the decoding of the AMI code of the voltage u 18-19 .
Ein für alle Signale in der Fig. 5 geltender Zeitmaßstab ist in der Fig. 5a dargestellt. Die Zeiteinheit T entspricht der Impulszeit TBit und hat beispielsweise bei einer Bitrate fBit von 19200 s-1 eine Dauer von 52µs.A time scale that applies to all signals in FIG. 5 is shown in FIG. 5a. The time unit T corresponds to the pulse time T bit and has a duration of 52µs, for example, with a bit rate f bit of 19200 s -1 .
Die Frequenz fCLK des Taktsignals CLK ist ein Vielfaches der Bitrate fBit. Bei einer Bitrate fBit=19200 s-1 weist das Taktsignal CLK mit Vorteil die Frequenz fCLK von 614,4 kHz auf.The frequency f CLK of the clock signal CLK is a multiple of the bit rate f bit . With a bit rate f bit = 19200 s -1 , the clock signal CLK advantageously has the frequency f CLK of 614.4 kHz.
Das binäre Signal Pos (Fig. 5b) am ersten Ausgang 31 der
Komparatorschaltung 33 ist nur im Falle eines positiven Impulses
der Spannung u18-19 auf "1", während das binäre Signal Neg
(Fig. 5c) am zweiten Ausgang 32 der Komparatorschaltung 33 bei
einem negativen Impuls der Spannung u18-19 auf logisch "1" ist.The binary signal Pos (FIG. 5b) at the
Das binäre Signal RP (Fig. 5e) am Ausgang 40 des Polaritäts-Detektors
39 stellt die aktuelle Polarität der Impulse der
Spannung u18-19 weitgehend störungsfrei dar; mit logisch "1" ein
positiver Impuls, mit logisch "0" ein negativer Impuls. Mit
Vorteil ist der Polaritäts-Detektor 39 ein Auf/Abwärts-Zähler
mit einem Zählerstand Z39 (Fig. 5d), welcher mittels Impulsen
des Taktsignals CLK zwischen null und einem oberen Wert b
veränderbar ist. Wenn das Signal Pos logisch "1" und der
Zählerstand Z39 kleiner als der Wert b ist, erhöht ein Impuls
des Taktsignals CLK den Zählerstand Z39 um eins, wenn das Signal
Neg logisch "1" ist und der Zählerstand Z39 grösser als null
ist, erniedrigt ein Impuls des Taktsignals CLK den Zählerstand
Z39 um eins. Erreicht der Zählerstand Z39 den Wert b, wird das
Signal RP logisch "1" und behält den Wert so lange, bis der
Zählerstand Z39 null erreicht, worauf das Signal RP auf
logisch "0" wechselt .The binary signal RP (FIG. 5e) at the
Der Wert b bestimmt die Störsicherheit des Polaritäts-Detektors
39. In einer Gleichung b/fCLK = α·TBit ist der
Faktor α vorteilhaft etwa 0,2 bis 0,3. Ist die Impulszeit
TBit=52µs und die Frequenz fCLK=614,4 kHz dann ist b=7 ein
vorteilhafter Wert.The value b determines the interference immunity of the
Das Signal IN (Fig. 5f) bildet sich aus den beiden Signalen Pos
und Neg, hat den Verlauf (Pos ODER Neg) und steuert die
Zählrichtung des Auf/Abwärts-Zählers 37, dessen Zählerstand Z37
(Fig. 5g) mittels Impulsen des Taktsignals CLK zwischen null und
einem oberen Wert d veränderbar ist. Wenn das Signal IN logisch
"1" und der Zählerstand Z37 kleiner als der Wert d ist, erhöht
ein Impuls des Taktsignals CLK den Zählerstand Z37 um eins, wenn
das Signal IN logisch "0" ist und der Zählerstand Z37 grösser
als null ist, erniedrigt ein Impuls des Taktsignals CLK den
Zählerstand Z37 um eins. Erreicht der Zählerstand Z37 den Wert
d, wird das zu den bitseriellen Daten RxD inverse Signal ¬RxD
(Fig. 5h) logisch "1" und behält den Wert solange bis der
Zählerstand Z39 null erreicht, worauf das Signal ¬RxD auf
logisch "0" wechselt.The signal IN (Fig. 5f) is formed from the two signals Pos and Neg, has the course (Pos OR Neg) and controls the counting direction of the up / down
Da beim Decodieren des AMI-Codes das Signal IN gebildet und
verwendet wird, welches prinzipiell "Impuls des AMI-Codes" und
"kein Impuls des AMI-Codes" darstellt, sind die positiven und
die negativen Impulse der Spannung u18-19 beim Decodieren
grundsätzlich gleichgestellt, wodurch die beiden Anschlusspole
22 und 25 der Netz-Treiber-Einheit 1 ohne Funktionsverlust
vertauschbar sind, was beim Anschliessen des Netzwerk-Knotens 7
vorteilhaft ist. Since the signal IN is formed and used when decoding the AMI code, which in principle represents "pulse of the AMI code" and "no pulse of the AMI code", the positive and negative pulses of the voltage are u 18-19 when decoding basically equal, whereby the two
Der Wert d bestimmt die Wirkung des Signalfilters 38. In einer
Gleichung d/fCLK = β·TBit ist der Faktor β vorteilhaft etwa 0,2
bis 0,3, vorausgesetzt, dass die Komparatorschaltung 33 eine
kleine Schalthysterese (typischerweise etwa 5% der Schwellspannung)
aufweist. Beträgt die Impulszeit TBit=52µs und die
Frequenz fCLK=614,4 kHz, dann ist d=7 ein vorteilhafter Wert.The value d determines the effect of the
In der Fig. 5i bezeichnen ein erster Pfeil das Startbit der bitseriellen Daten RxD und weitere Pfeile die Zeitpunkte, bei denen die Daten RxD in der Sende/Empfangs-Einheit 6 abgetastet werden. Bei den Pfeilen ist der aktuelle Informationswert der bitseriellen Daten RxD angegeben.5i, a first arrow indicates the start bit of the bit serial data RxD and further arrows the times at which the data RxD sampled in the transmission / reception unit 6 will. The current information value for the arrows is bit serial data RxD specified.
Ein prinzipieller Verlauf von Signalen in der Fig. 6 erklärt beispielhaft wesentliche Schritte bei der Codierung des AMI-Codes des Stromes i bzw. der Spannung u18-19 (Fig. 6c) aus den bitseriellen Daten TxD (Fig. 6b).A basic course of signals in FIG. 6 explains, by way of example, essential steps in the coding of the AMI code of the current i or the voltage u 18-19 (FIG. 6c) from the bit-serial data TxD (FIG. 6b).
Ein für alle Signale in der Fig. 6 geltender Zeitmaßstab ist in der Fig. 6a dargestellt. Die Zeiteinheit T entspricht der Impulszeit TBit und hat beispielsweise bei einer Bitrate fBit von 19200 s-1 eine Dauer von 52µs.A time scale that applies to all signals in FIG. 6 is shown in FIG. 6a. The time unit T corresponds to the pulse time T bit and has a duration of 52µs, for example, with a bit rate f bit of 19200 s -1 .
Das binäre Signal RP (Fig. 6d bzw. Fig. 5e) stellt die Polarität des zuletzt ermittelten Impulses der Spannung u18-19 dar, welche beim AMI-Code die Polarität des nachfolgenden Impulses bestimmt.The binary signal RP (FIG. 6d or FIG. 5e) represents the polarity of the last determined pulse of the voltage u 18-19 , which determines the polarity of the subsequent pulse in the AMI code.
Dadurch, dass die Codierung von der Polarität des zuletzt
ermittelten Impulses der Spannung u18-19 abhängig ist, ist
gewährleistet, dass aufeinanderfolgende Impulse der
Spannung u18-19 stets unterschiedliche Polarität aufweisen, so
dass der Transformator 74 auch symmetrisch angesteuert wird,
wenn die Netz-Treiber-Einheit 1 zwischen Empfangen und Senden
abwechselt.The fact that the coding depends on the polarity of the last determined pulse of the voltage u 18-19 ensures that successive pulses of the voltage u 18-19 always have different polarities, so that the
Durch die Kippschaltung 41 weist das binäre Signal Pol (Fig. 6e)
nach einer negativen Flanke des Signals TxD den Momentanwert des
Signals RP zum Zeitpunkt der negativen Flanke auf. Due to the flip-
Der erste Frequenzteiler 43 mit einer Teilung q1 bildet aus dem
Taktsignal CLK das Signal TB (Fig. 6f), dessen Frequenz fTB mit
der Formel fTB - fCLK / q1 gegeben ist. Durch eine negative
Flanke am Rücksetzeingang 66 wird die Teilung neu gestartet.
Die Impulszeit des Signals TB ist vorteilhaft gleich gross wie
dessen Pausenzeit. Die Frequenz fTB ist nach der Beziehung
fTB=fBit/2 durch die Bitrate fBit bestimmt.The first frequency divider 43 with a division q 1 forms the signal TB from the clock signal CLK (FIG. 6f), the frequency f TB of which is given by the formula f TB -f CLK / q 1 . The division is restarted by a negative edge at the
Ist die Bitrate beispielsweise fBit=19200 s-1 und die Frequenz fTB=614,4 kHz, dann ist die Teilung q1=64.For example, if the bit rate is f bit = 19200 s -1 and the frequency f TB = 614.4 kHz, then the division is q 1 = 64.
Das Steuersignal TP (Fig. 6g) ist aus den beiden Signalen Pol und TB gebildet und hat den Verlauf (Pol XOR TB), wobei XOR die boolesche Antivalenz bedeutet.The control signal TP (Fig. 6g) is from the two signals Pol and TB formed and has the course (Pol XOR TB), where XOR the means Boolean antivalence.
Die Polarität des Stromes i wird in der Konstantstromstufe 11
durch das Steuersignal TP bestimmt, womit sichergestellt ist,
dass die Polarität von sich folgenden Impulsen des Stromes i
immer wechselt.The polarity of the current i is in the constant
Durch das Steuersignal TP ist zudem sichergestellt, dass die
Polarität eines Impulses des Stromes i umgekehrt zur Polarität
eines diesem Strom-Impuls zuletzt vorangegangenen Impulses der
Spannung u18-19 ist. Die Konstantstromstufe 11 wählt aufgrund
des Steuersignals TP die Polarität des Stromes (i) derart, dass
aufeinanderfolgende Impulse der zwischen den beiden Eingangspolen
(18; 19) liegende Spannung (u18-19) eine unterschiedliche
Polarität aufweisen.The control signal TP also ensures that the polarity of a pulse of the current i is reversed from the polarity of a pulse of the voltage u 18-19 that preceded this current pulse. The constant
Über den zweiten binären Steuereingang 65 wird der Strom i in
der Konstantstromstufe 11 ein- oder ausgeschaltet, wobei der
Strom bei TxD="0" einschaltet und bei TxD="1" ausgeschaltet
wird.The current i in is transmitted via the second binary control input 65
the constant
Die Konstantstromstufe 11 besteht beispielsweise im wesentlichen
aus einer abschaltbaren Konstantstromquelle und aus vier zu
einer H-Brücke geschalteten steuerbaren Schaltern. The constant
Der zweite Frequenzteiler 46 mit einer Teilung q2 bildet aus dem
Ausgangssignal des Quarzoszillators 45 das Taktsignal CLK. Durch
eine negative Flanke am Rücksetzeingang 67 wird die Teilung neu
gestartet.The
Die Kabelstränge des Übertragungsmediums sind mit Vorteil konventionelle Twisted Pair Kabel.The cable strands of the transmission medium are advantageous conventional twisted pair cable.
Die Steilheit der Sprungantwort der Spannung u22-25 (Fig. 4) und
damit die Grenzen des Fensters 77 sind durch die bei kurzgeschlossener
zweiter Wicklung 73 ermittelbaren Streuinduktivität
LS des Transformators 74 (Fig. 3), durch den
ohmschen Widerstand 27 (Fig. 1) des Netz-Abschlusses 24 und
durch eine von der Konstantstromstufe 11 (Fig. 3) zur Erzeugung
eines Impulses des Stromes i verfügbaren Versorgungsspannung
beeinflussbar. Insbesonders die Konstantstromstufe 11 ermöglicht
auf eine einfache Weise den vorteilhaften Anstieg der Sprungantwort.The steepness of the step response of the voltage u 22-25 (FIG. 4) and thus the limits of the
Bei der Versorgungsspannung von 10 V ergibt sich die
vorteilhafte Sprungantwort, wenn der Widerstand 27 einen Nennwert
von 100 Ohm und die Streuinduktivität Ls zwischen 0,75 mH
und 2,25 mH ist.At the supply voltage of 10 V, the advantageous step response results when the
Die beiden Wicklungen 72 und 73 weisen vorteilhaft dieselbe
Induktivität L auf, welche vorteilhaft grösser als 1,5 H ist.The two
Durch den Netz-Abschluss 24 ist das Übertragungsmedium 5 allzeit
vorteilhaft abgeschlossen, so dass der Transformator 74
insbesonders beim Übergang von einem Senden zu einer Sendepause
durch seine Induktivität keine Störimpulse auf dem Üertragungsmedium
5 verursacht.Due to the
Weil der Transformator 74 durch den Kondensator 75 und der
Widerstand 27 des Netz-Abschlusses 24 durch den Kondensator 28
gleichstrommässig vom Übertragungsmedium 5 getrennt sind, können
die beiden Adern 20 und 21 zusätzlich der Übertragung einer
Gleichspannung dienen, mit welcher die Netzwerk-Knoten 7 mit
wenig Aufwand über das Übertragungsmedium 5 speisbar sind.Because the
Durch die Datenübertragungsanordnung mit dem zweiadrigen, an
einer beliebiger Stelle mit dem Netz-Abschluss 24
abgeschlossenen Übertragungsmedium 5, mit der Netz-Treiber-Einheit
1, welche die Decodiereinheit 3, den Codegenerator 2 mit
der Konstantstromstufe 11 und das Koppelungsglied 4 mit dem
Transformator 74 aufweist, kann die Topologie des Datennetzwerkes
29 mit einfachen Mitteln in weiten Grenzen mit
kleinem Störungsrisiko verändert werden. Die Netz-Treiber-Einheit
1 ist zuverlässig und kostengünstig herstellbar.Through the data transmission arrangement with the two-wire, on
anywhere with the
Claims (7)
- A data transmission arrangement for a local data network (29) (local area network LAN) which operates with an asynchronous data transmission protocol which is made up from constant-length protocol characters represented in bit-serial mode and to which there belong at least two network nodes (7) each having a respective network driver unit (1) and with at least two respective connecting poles (22; 25) for a common transmission medium (5), wherein the transmission medium (5) is at least one cable strand (5.1) which has at least two wires (20;21) and wherein the network driver unit (1) has an encoding unit (10), a decoding unit (3) with an output (15) for the protocol characters and a coupling member (4) with two connecting poles (22; 25) for the transmission medium (5),
characterised in that[a] the encoding unit (10) has an input (14) for the protocol characters,[b] the network driver unit (1) has a bipolar constant current stage (11) connected downstream of the encoding unit (10),[c] the coupling member (4) has two input poles (18; 19) wherein[c.1] the first input pole (18) of the coupling member (4) is connected to a first output pole (12) of the constant current stage (11) and a first input pole (16) of the decoding unit (3), and[c.2] the second input pole (19) of the coupling member (4) is connected to a second output pole (13) of the constant current stage (11) and a second input pole (17) of the decoding unit (3), and[d] the transmission medium (5) is terminated at a location by the two wires (20; 21) being connected at the location by a network termination (24). - A data transmission arrangement according to claim 1 characterised in that[a] a ternary code can be produced by the encoding unit (10) for each protocol character which is inputted at its input (14), the three values of which ternary code can be impressed into the input poles (18; 19) of the coupling member (4) by the bipolar constant stage (11) in respective portions substantially constantly in terms of magnitude as a positive pulse of a current (i) or as a negative pulse of the current (i) or as a current-less space, wherein the mean value of the current (i) is zero within a protocol character and wherein the polarity of one of the pulses of the current (i) is so selected that successive pulses of a voltage (u18-19) between the two input poles (18; 19) are of different polarities,[b] the encoding unit (10) is connected to the decoding unit (3) in such a way that the direction of the current (i) can be communicated to the encoding unit (3), and[c] in the decoding unit (3) the positive pulses and the negative pulses are equated so that the two connecting poles (22; 25) of the coupling member (4) are interchangeable.
- A data transmission arrangement according to one of claims 1 and 2 characterised in that the coupling member (4) has a transformer (74) with at least windings (72; 73) and a capacitor (75), wherein the two input poles (18; 19) are the connections of a first winding (72) and disposed between the two connecting poles (22; 25) is a series circuit comprising the capacitor (75) and a second winding (73).
- A data transmission arrangement according to one of claims 1 to 3 characterised in that the network termination (24) is a series circuit comprising an ohmic resistor (27) and a capacitor (28).
- A data transmission arrangement according to one of claims 1 to 4 characterised in that an AMI-code (alternate mark inversion) can be produced by the encoding unit (10) from the protocol characters.
- A data transmission arrangement according to one of claims 1 to 5 characterised in that[a] the decoding unit (3) has[a.1] a comparator circuit (33) which has two signal inputs and a first output (31) and a second output (32), and[a.2] a signal filter (38) comprising an OR-gate (36) and a dual up/down counter (37), wherein[a.3] a first input pole (16) is the first signal input of the comparator circuit (33) and the second input pole (17) is the second signal input of the comparator circuit (33),[b] the encoding unit (10)[b.1] has a polarity detector (39) with an output (40) for a signal (RP),[b.2] a generator portion (44) comprising a trigger circuit (41), an exclusive-OR-gate (42) and a first frequency divider (43), and[b.3] a second frequency divider (46), wherein[b.4] the comparator circuit (33) is connected with its first output (31) to a first input (51) of the OR-gate (36) and a first control input (52) of the polarity detector (39), and wherein[b.5] the second output (32) is connected to a second input (53) of the OR-gate (36) and to a second control input (54) of the polarity detector (39),[c] a control input (55) for a control signal (IN) of the up/down counter (37) is connected to an output (56) of the OR-gate (36), [d] the output (15) of the decoding unit (3) is an output of the up/down counter (37) and at the same time also an output of the signal filter (38),[e] the output (40) of the polarity detector (39) is connected to a data input (57) of the trigger circuit (41) which has a clock input (58) and a data output (59) for a signal (Pol),[f] the data output (59) of the trigger circuit (41) is connected to a first input (60) of the exclusive-OR-gate (42) of which a second input (61) is connected to an output (62) for a signal (TB) of the first frequency divider (43),[g] the bipolar constant current stage (11) has a first control input (64) for a control signal (TP), which is connected to the output (63) of the exclusive-OR-gate (42), and a second control input (65) connected to the input (14) of the network driver unit (1),[h] the input (14) of the encoding unit (10) is additionally connected to the clock input (58) of the trigger circuit (41) and to a reset input (66) of the first frequency divider (43) and to a reset input (67) of the second frequency divider (46), and[i] the output (68) of the second frequency divider (46) is connected to a clock input (69) of the up/down counter (37), to a clock input (70) of the polarity detector (39) and to a clock input (71) of the first frequency divider (43).
- A data transmission arrangement according to one of claims 1 to 6 characterised in that the polarity detector (39) is an up/down counter.
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